瞬时功率理论
瞬时无功功率理论
瞬时无功功率理论
瞬时无功功率理论是一种独特而具有重要意义的电力系统理论。
它可以反映和控制电网中电力系统的运行状况，也可以准确地预测和
调整电网的无功功率。
瞬时无功功率理论的主要内容是计算电网的瞬
时无功功率，并对电源分布系统的运行状况进行分析和控制。
瞬时无功功率理论要求电力系统中有一组多种功率负载，无功、
有功和电压波动等问题。
为了满足瞬时无功功率理论要求，必须预先
计算电网各类功率（有功、无功、瞬时无功功率）和功率因数的变化，并对这些变量进行有效的控制。
电网的瞬时无功功率是指电力系统的
瞬时发电量，其定义为当载荷变化时，电力系统中的瞬时发电量变化
的速率。
瞬时无功功率是电力系统中有功功率与无功功率之差，它受
无功补偿器和柔性交换机的影响，因此在电力系统运行期间，瞬时无
功功率也会发生变化。
由于瞬时无功功率理论关注的是有效的控制电力系统的无功功率，其控制方法可以在非常短的时间内完成电力系统的运行调节。
这种调
节方式具有较高的效率，可以及时确保电网的可靠高效运行。
此外，
这种理论还可以帮助电力工程师准确判断无功功率的变化，为之后的
调节控制提供准确的参考和依据。
瞬时无功功率理论在现代电力系统中具有至关重要的应用价值，
可以为电力工程师提供帮助，提高调度精度，减少电力系统发生故障
的可能性。
只要电力系统可以正确地把握瞬时无功功率并有效实施，
电网的可靠运行将得到有效地保障。
旋转p-q-r坐标系下的瞬时功率理论
旋转p-q-r坐标系下的瞬时功率理论摘要该论文在三相四线制系统中定义了一个旋转的p-q-r坐标系，这里，p为瞬时有功功率，为瞬时无功功率。
这三个分量是线性独立的，所以可以通过单独控制两个电流分量的空间矢量来补偿这两个瞬时无功功率。
该论文按照这个理论，通过补偿瞬时无功功率来消除三相四线制系统的中线上的电流，而无需储存能量，仿真的结果很好地证明了这个理论。
1引言韩国和美国等其他国家，不低于70%的电能消费用于电机，主要是感性电机。
如果假设电机负载的功率因数是0.8，那么发电厂最少得发出17%的无功功率，这就需要更多的发电机，并且增加了传输/分布损耗。
换句话说，如果完全补偿用户侧的无功功率，那么发电设备和分布损耗将最少减少17%。
除此之外，当三相四线制系统接不平衡或非线性负载时，流过中线上的电流将很大。
在单相二极管整流的情况下,流过中线的电流为相电流的1.73倍。
由于传统的三相四线制系统的中线不能解决上述问题，并且存在大量的电力电子设备，会在用户侧产生大量问题。
三相系统中，瞬时无功电流产生不产生瞬时有功功率。
所以由补偿无功功率来控制无功电流不需要储备能量的设备，如三相系统中功率补偿器的直流侧电容。
这样能够降低成本，提高功率补偿的可靠性。
三相系统中，瞬时有功和无功功率分别定义为电压矢量和电流矢量的内积和矢量积。
瞬时有功功率是线性独立的，但是瞬时无功功率的三个分量却不是彼此独立的。
也就是说，可以单独的补偿瞬时有功功率，却不能单独各自补偿瞬时无功功率的三个分量。
因此，瞬时无功功率的补偿电流的自由度是1。
系统的零序电压和零序电流既影响瞬时有功功率，又影响瞬时无功功率。
当电源电压中有零序分量时，即使把瞬时无功功率补偿到零，中线电流也不会完全消除。
[8]中采用了特殊的无功功率补偿算法，来消除三相四线制系统中的中线电流，但这种算法仍然受电流只有一个可控量的限制。
该论文提出了一个所谓的p-q-r坐标系，它能随着三相四线制系统的电压空间矢量旋转。
基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测算法
根据这两个式子，就得到瞬时无功功率理论对有 功电流、无功电流以及有功功率、无功功率的定义。 • ① 在 αβ 坐标系中， 电流矢量 i 在电压矢量 e 上的投影为三相电路 瞬时有功电流 ip，电 流矢量 i 在电压矢量 e 法线上的投影为三相 瞬时无功电流 iq。即：
式中，
• ② 电压矢量 e 的模 e 和三相电路瞬时无功 电流iq的乘积为三相电路瞬时无功功率 q， e 和三相电路瞬时有功电流 ip的乘积为三相 电路瞬时有功功率 p。即：
其中，变换矩阵
将 iaf、ibf、icf与 ia、ib、ic相减，即可得出 ia、ib、ic的谐波分量 iah、ibh、 ich。 当有源电力滤波器同时用于补偿谐波和无功时，就需要同时检测出补偿对 象中的谐波和无功电流。在这种情况下，只需要计算出 p，然后由 p 即可计算出 基波有功电流 iapf、ibpf、icpf为：
三 αβ 坐标系下的瞬时无功功率理论
• αβ 变换原理：若在空间上相差为 120°的同步电机定子 abc 三相绕组中通过时间上相差 120°的三相正弦交流电，那么 在空间上会建立旋转磁场，且此旋转磁场的角速度为 ω； 若将时间上相差 90°的两相平衡交流电通过定子空间上相 差 90°的 αβ 两相绕组，此时建立的旋转磁场与 abc 三相绕 组是等效的，因此可用 αβ 两相绕组代替 abc 三相绕组。 将三相电压、电流分别通过 abc-αβ变换到 αβ 坐标系下。 得到 α、β 坐标系下的两相瞬时电压 eα、eβ和瞬时电流 iα、 iβ。
再通过与 pq 变换矩阵 Cpq相乘得到瞬时有功功率 p 和瞬时无功功率 q：
p、q 经低通滤波器得到 p、q 的直流分量 p 、q，电网电压无畸变时， p 为基波有功电流与电压作用产生，q为基波无功电流与电压作用产生。 将 p 、q同时进行 pq 反变换、αβ 反变换就得到三相基波电流 iaf、ibf、 icf：
瞬时功率理论-
赤木泰文介绍：赤木泰文（HirofumiAkagi），日本东京技术学院 （TokyoInstituteofTechnology）电气工程学教授，讲授电力电子 学。1996年当选为IEEE会士（1EEEFellow）.1998～1999年被 选为IEEE工业应用学会和电力电子学会的杰出演讲者，2001年 获得国际电力电子学领域的最高奖——IEEEWilliamE.Neweli 奖.2004年获得IEEE工业应用学会杰出成就奖。
可使线路损耗最小。
无功分量 iq 为： iq (t) i(t) ip (t)
由于 iq 与 e(t)正交，故 e(t)T iq (t) 0
瞬时有功功率和瞬时无功功率分别为：
p(t) e(t)T i(t) e(t)T ip (t)
q(t) e(t) iq (t)
该理论的特点：
i
（1）将电流分解为平行于电压的有功分量和垂直于电压的无功 分量，可用于零序分量存在的系统；
定义瞬时无功功率为： q(t) e i e i
α、β平面上的瞬时有功电流 ip 和瞬时无功电流 iq 分
别为瞬时空间矢量i在瞬时空间矢量电压e及其法线上
的投影
ip i cos, iq i sin
P Q e
ip iq
e e
e
e
i i
C
pq
i
i
瞬时无功功率理论认为：三相瞬时有功功率为各项 瞬时有功功率之和，也是各项瞬时功率之和，反映了 三相电路电源向负载传递的功率；瞬时无功功率仅在 电路之间传递，各项瞬时无功功率之和为零。
现代电力电子技术
——2.3 瞬时功率理论
瞬时功率理论 ppt
赤木泰文介绍：赤木泰文（HirofumiAkagi），日本东京技术学院 （TokyoInstituteofTechnology）电气工程学教授，讲授电力电子 学。1996年当选为IEEE会士（1EEEFellow）.1998～1999年被 选为IEEE工业应用学会和电力电子学会的杰出演讲者，2001年 获得国际电力电子学领域的最高奖——IEEEWilliamE.Neweli 奖.2004年获得IEEE工业应用学会杰出成就奖。
pt et i t e(t )T i (t ) cos
T
定义有功分量 i p 为电流向量 i (t ) 在电压向量 e(t )上的正 交投影，则 i p i cos .
e(t )T i (t ) e(t ) p (t ) ip e(t ) 2 e(t ) e(t ) e(t )
Akagi瞬时无功功率的不足之处： （1） 只适用于无零序电流和电压分量的三相系统； （2）只能用于三相系统，不能推导单相、多相的 情况
2.3.3 基于电流分解的瞬时无功功率
不直接对功率进行分解，而是将电流分解为平行 于电压的有功分量和垂直于电压的无功分量。
将瞬时功率定义为电压向量和电流向量的内积：
其中
1 1 1 2 2 2 C32 3 3 3 0 2 2
定义瞬时有功功率为： p(t ) e i e i eaia ebib ecic 定义瞬时无功功率为： q(t ) e i e i
α、β平面上的瞬时有功电流 i p 和瞬时无功电流 iq 分 别为瞬时空间矢量i在瞬时空间矢量电压e及其法线上 的投影 i i cos, i i sin
现代电力电子技术
——2.3 瞬时功率理论
瞬时功率理论及其应用研究
2011年第1期10瞬时功率理论及其应用研究张 茜1 余 乐2（1.西南交通大学电气工程学院，成都 610031； 2.四川省成都市电业局继电保护所，成都 610031）摘要 讨论基于瞬时无功理论的各种谐波和无功检测方法在电网电压畸变情况下的适用性，独立设计有源电力滤波器对三相电力系统进行无功谐波综合补偿，并基于Matlab/Simulink 仿真平台对系统进行建模仿真，仿真结果表明，所设计的并联型有源电力滤波器对系统的谐波无功综合补偿效果显著，验证了理论的正确性与可行性。
关键词：有源电力滤波器；瞬时无功理论；无功；谐波Instantaneous Power Theory and Its ApplicationZhang Xi 1 Yu Le 2(1. Col. of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong Univ., Chengdu 610031； 2. Relay Protection Department of Chengdu Electric Power Bureau, Chengdu 610031)Abstract The thesis mainly discusses the application of various harmonic and reactive detection methods based on the instantaneous power theory, and devises shunt active filter. Then, in order to validate the correction of various harmonic and reactive detection methods, the thesis simulates and analyzes them in Matlab/Simulink.Key words ：active power gilter ；instantaneous reactive power theory ；reactive ；harmonic ；1 引言随着电力电子技术的快速发展，非线性功率器件使用大量增加，使得电网中的谐波污染加剧，严重恶化电能质量。
瞬时无功功率实时谐波检测
p = 3EI 1 cos ϕ1 q = −3EI 1 sin ϕ1
∞ ~ p = 3E ∑ I n cos[(1 m n)ωt m ϕ n ] n =2 ∞ ~ q = ±3E ∑ I n sin[(1 − n)ωt − ϕ n ] n =2
重要结论：直流部分是由基波电流产生的， 重要结论：直流部分是由基波电流产生的，交流部分 是由谐波电流产生的。 是由谐波电流产生的。 如果将直流瞬时有功和直流瞬时无功功率经过计算， 如果将直流瞬时有功和直流瞬时无功功率经过计算， 可以得到α－ 坐标下基波电流， 坐标下基波电流 可以得到 －β坐标下基波电流，进而得到三相坐标 下的基波电流。 下的基波电流。
i a v iα i = = C 32 ib iβ i c
C 32 =
2 1 0 3
−1 2 −1 2 3 2 − 3 2
（式1）
• 在α－β坐标平面上，可以用旋转电压矢量e和电流矢量i分别表 示：
e = eα + eβ = e∠ϕ e i = iα + iβ = i∠ϕ e
瞬时无功功率理论及谐波检测
0、引言
• 三相电路瞬时无功功率理论1983年由赤木 泰文提出，自提出以来，在许多方面得到 了成功的应用。该理论突破了传统的以平 均值为基础的功率定义，系统地定义了瞬 时无功功率、瞬时有功功率等瞬时功率量。 • 以该理论为基础，可以得出用于APF的谐波 和无功电流实时检测方法，并在实际中得 到了成功的应用。
eα 2 2 iα eα + eβ i = e β β 2 2 eα + eβ
2 2 eα + eβ p eα q − 2 2 eα + eβ eβ
瞬时功率.PPT
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
0 3
u u2 u2
p
2 u 23u2 u2
p
iap
2 u 3 u2 u2
p
• 传统功率理论中的有功功率、无功功率等 都是在平均值基础或相量意义上定义的， 它们只适用与电压、电流为正弦波时以及 稳态的情况。而瞬时无功功率理论中的概 念都是在瞬时值的基础上定义的，它不仅 适用于正弦波，也适用于非正弦波和任何 过渡过程的情况。从以上定义可以看出， 瞬时无功功率理论中的概念，在形式上和 传统理论非常相似，可看成是传统理论的 推广和延伸。
可见，三相电路的瞬时有功功率就是三相 电路的瞬时功率。
ip ipco u su u ipu u u pu u 2pu 2 u u 2p
ipipsiu n u u ipu u u pu u 2pu 2u u 2p
iqiqsiu nu u iqu u u qu u 2qu 2u u 2q
uh C23{uh
p u2 p u2
uh uh
q u2 q u2
uf
uf
p (u2
p
( u
2
I1cUo1s1)uf I1cUo1s1)uf
q (u2
q (u2
II11ssiiU Unn11((11))))}
ua
ia iibc
PLL
sin
cos
i C32
i
ip LPF ip
iq iqco u s u u iq u u u q u u 2 q u 2 u u 2q
从定义3很容易得到以下性质：
i2p
i
2
p
i
2 p
(1)
i2q
i
2
q
i
2 q
ip iq i (2) ip iq i
iibapp icp
C23iipp
1 21 3 2 12
ua ub
2Usint 2Usin(t
23),iiba
2I sin(t ) 2I sin(t 2)
3
uc
2Usin(t
2)
3
ic
2I sin(t 2)
3
q pu u uuii Cpqii
puiui
3U[Isintsint()costcost()] 3UcIos
quiui
3U[Isintcost()costsint()] 3UsIin
时间内有功功率和无功功率的变化。为了 准确描述小于工频周期的FACTS装置的状 态，需要能描述功率、电压瞬时变化的瞬
时有功功率、瞬时无功功率、瞬时电压、 电流等概念。
Im 0 Iq
Ip
U
I
Re
u
u
ip
ip
i
u i
iq
ip u
iq
iq
i
i
puipuicosuicosu(i) ui(couscosi sinusini) ucosuicosi usinuisini uiui
u i ui
UnIncosn(n)
UnImcosn[(m)t(n
n)]
3n 1n1UnInsin(nn)nn 11m m11( (m mnn))UnImcosn[(m)t(n
n)]
与电网电压没有畸变时的结果相比，误差为：
iibaff icf
1 u2
C23Cpq
1 u2
C23Cpq
• 由上面的分析不难看出，瞬时功率理论包 容了传统的功率理论，比传统理论有更大 的适用范围。
ua uubc
ia iibc
u
C32
u
i C32
i
p LPF p C pq
q LPF q
C 1 pq
if
C23 if
iaf
iibcff _
_
_
iah
ibh ich
ua ub uc
ia iibc
quipuisinuisinu(i) ui(sinucosi cosusini) usinuicosi ucosuisini uiui
q pu u uuii Cpqii
C1 pq
1 u2 u2
u u
u
u
u2
1 u2
u u
u
u
1 u2
Cpq
puaiaubibucic
q1 3[u ( b u c)ia (u c u a)ib (u a u b)ic
2 瞬时功率理论
• 传统电力系统控制装置的响应时间大多在 数十毫秒到秒级，而基于电力电子开关的 新型控制装置的响应时间则在微妙到毫秒 级，远远小于电力系统20ms的工频周期。
• 传统电力系统的交流电压和电流的有效值、 有功功率、无功功率的概念都是建立在工
频周期的基础上。而对于时间常数小于工 频周期的FACTS装置，采用传统的功率定 义，无法准确描述装置在一个时间常数的
ua ub uc
ia iibc
u
C32
u
i C32
i
C pq q
iq
C 1 pq
C23
iq
iaq ibq
icq
i p
iq
sin t cos t
cos t i
sin
t
i
In
cos[(
1
n ) t
n
)]
3
n 1
n 1
I
n
sin[(
1
n ) t
n
)]
qpuu
u
C32
u
i C32
i
C pq
p LPF p q LPF
C 1 pq
if
C23 if
ห้องสมุดไป่ตู้
iapf
iicbppf f_
_
_
iad ibd icd
iiib a cq q qC 2 3ii q q C 2 3u u 2 2 u u u u 2 2q q C 23 u 2 1u 2 u u uu q 0 C 2C 3p 1 qq 0
C
C
iq LPF iq
ia2 f
C23
ib2 f ic2 f